单片机低功耗节电模式-设计与实训

根据单片机的工作状态，单片机的工作模式分运行模式、待机模式和掉电保护模式三种。单片机的工作模式可以利用编程或人为干预方式相互转换。单片机的工作模式与电源有很大关系，在不同的工作环境和电源条件下，单片机工作模式也可以通过程序设定。

1 运行模式

单片机的运行模式是单片机的基本工作模式，也是单片机最主要的工作方式。单片机在实现用户设计的功能时通常采用这种工作模式。在单片机运行期间，单片机一旦复位，程序计数器PC指针总是从0000H开始，依次从程序存储器中读取要操作的指令代码，单片机开始顺序执行相关程序。

单片机运行时，程序执行在时钟脉冲作用下统一协调运行，也可以在单步脉冲作用下单步执行程序。利用单片机的外部中断可以实现程序单步执行，这种情况主要用于程序调试和检验程序运行结果。

2 低功耗节电模式

待机模式和掉电保护模式是单片机的两种节电工作方式，以降低功耗。现在低功耗特性的51系列单片机，在V_CC=5V，f_OSC=12MHz条件下，待机（休闲）方式时电流约为2mA。掉电保护方式时电流小于0.1μA。这两种工作方式特别适合以电池或备用电池为工作电源单片机系统。两种低功耗工作模式均由单片机内部的SFR（特殊功能寄存器）中电源控制寄存器PCON（Power Control Register）来控制。PCON寄存器的字节地址是87H，但不可位寻址。PCON的8位格式如图2-18所示。

图2-18 特殊功能寄存器PCON的格式

PCON寄存器各位定义：SMOD为波特率倍增位（在串行通信中使用），即串行通信波特率控制位；一为保留位；GF1、GF0为通用标志位，两个标志位用户使用；PD为掉电保持模式控制位，PD=1，则进入掉电保持模式；IDL为空闲模式控制位，若IDL=1，则进入空闲运行模式。(www.xing528.com)

如果同时将PD和IDL设置为1，则进入掉电工作方式。PCON寄存器的复位值为0×××××××B，而PCON.4～PCON.6为保留位，用户不要对这3位进行操作。

空闲模式和掉电模式，其目的是尽可能低地降低系统的功耗。在掉电模式下，V_CC可由后备电源供电。如图2-19所示为低功耗节电模式的控制电路。两种节电模式可通过PCON的位IDL和位PD的设置来实现。

图2-19 低功耗节电模式的控制电路

退出待机方式的方法有响应中断和硬件复位两种。在待机方式下，产生任何一个中断请求信号后，在单片机响应中断的同时，PCON.0位（即IDL位）被硬件自动清0，单片机退出待机方式进入到正常的工作状态。另一种退出待机方式的方法是硬件复位，在RST引脚加上两个机器周期的高电平即可，当使用硬件复位退出空闲模式时，片内硬件阻止CPU对片内RAM的访问，但不阻止对外部端口（或外部RAM）的访问。为了避免在硬件复位退出空闲模式时出现对端口（或外部RAM）不希望的写入，在进入空闲模式时，紧随IDL位置1指令后的不应是写端口（或外部RAM）的指令。退出掉电保护方式的方法只有硬件复位。硬件复位时要重新初始化SFR，但不改变片内RAM的内容。只有当V_CC恢复到正常工作水平时，只要硬件复位信号维持10ms，便可使单片机退出掉电运行模式。复位后特殊功能寄存器的内容被初始化，但RAM的内容仍然保持不变。

3 掉电和空闲模式下的WDT

掉电模式下振荡器停止，意味着WDT也就停止计数。用户在掉电模式下不需操作WDT。退出有两种方法：硬件复位和外部中断。当用硬件复位退出掉电模式时，对WDT的操作与正常情况一样。